物理 第7章 波动4(多普勒效应).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,观察者接受到的频率,有赖于,波源,或,观察者相对介质运动,的现象，称为,多普勒效应,。,当鸣笛的火车开向站台，站台上的观察者,听到的笛声变尖，即频率升高；相反，当,火车离开站台，听到的笛声频率降低。,7.11,多普勒效应,一,.,现象与定义,二,.,分析,假设：波源和观察者的运动在两者的连线上。,1,表示波源相对于媒质的运动速度。,表示观察者相对于媒质的运动速度。,符号规定,:,观察者趋近波源,取正,;,背离波源,取负,;,波源趋近观察者,取正,;,背离观察者,取负,;,u,表示波在媒质中的速度,u,恒正,.,2,观察者接受到的频率,是观察者在单位时间内,接受到的振动数或完整的波数；,波的频率 是媒质质元在单位时间内振动的次数,或单位时间内通过媒质某点的完,整波的个数。,波速,，,为单位时间内相位传播的速度。,波源的频率,是单位时间内波源振动的次数或,发出的,完整波,的个数；,若,相对于媒质，,波源和观察者都不动,波长 是波源相对于媒质静止时，,单位时间波在媒质中传播距离。,所以,3,若观察者以速度 离开波源运动，,同理可得观察者接受到的频率：,频率降低。,频率升高,因为此时波源的频,率就是波的频率,(1),相对于媒质，波源不动，,观察者以速度 向着波源运动。,4,因为波源所发出的相邻,的两个同相振动状态是,在不同地点发出的，这,两个地点相隔的距离为,。,（,2,）,相对于媒质,观察者不动，,波源以速度 向着观察者运动,式中 为波源的周期。,如果波源是向着观察者,运动的，这后一地点到,前方最近的同相点之间,的距离是现在媒质中的波长,5,若波源静止时媒质中,的波长为,波源运动，在媒,质中的波长：,此时波的频率为：,由于观察者静止，,所以他接受到的,频率就是波的频率：,频率升高,6,当波源以速度 远离观察者运动时，,可得观察者接受到的频率：,频率降低,（,3,）,相对于媒质,波源和观察者同时运动,综上所述，可得当波源和观察者相向,运动时，观察者接受到的频率为：,当波源和观察者彼此离开时，,观察者接受到的频率为：,7,(1),假定波源和观察者在同一直线上运动,，称为,纵向多普勒效应,。,讨论,:,对于弹性波，不存在横向多普勒效应,。因此，如,果波源和观察者的运动不是沿它们连线方向（纵,向,),，则以上公式中 应理解为波源和观察者在,它们连线方向上的速度分量,(,即纵向分量,),。,(2),可以综合地记为,:,式中,上下符号分别对应波源与,观察者,相向和背离的情况。,8,(3),注意,观察者运动和波源运动,两者所产生的多普勒效应结果是不同的,.,(,4,),电磁波,(,例如光,),也有多普勒效应,光与接收器的,相对速度决定接收器接收的频率,.,可以用相对论,证明：当光源和接收器在同一直线上运动时,其速度为,观察者所,接收到的频率为：,c,为真空中的光速,上下符号分别对应光源与,接收器相向和背离的情况。,9,当光源远离接收器时，接收到的频率变小，因而波长变长，这种,现象叫做,“,红移,”,。把来自星球的发光与地面同一元素的光谱比较，发现几乎都发生红移。这成为了,“,大爆炸,”,宇宙学理论的重要依据。,10,(5),当波源的速度超过波的速度时，将在媒质中激起半顶角为,的圆锥形激震波。这个圆锥面叫马赫锥,其半顶角由下式给出,:,飞机、炮弹等以超音速飞行时都会在空气中激起这种 波,称为,冲击波,.,冲击波到达的地方,空气压强突然增大,.,掠过物体时甚至会造成损害,(,声爆,),需注意防范,.,11,带电粒子在媒质中运动，其速度超过该媒质中的光速时（这光速小于真空中的光速,C,时,),，会辐射锥形的电磁波，这种辐射称为,切仑柯夫辐射,。高能物理实验中利用这种现象来测定粒子的速度,.,12,电磁波的多普勒效应也为跟踪人造地球卫星提供,了一种简便的方法,。,如一卫星地面站确定远在 处的卫星位置变化,时，可以精确到,.,三,.,多普勒效应的,应用,:,监测车辆行驶速度,测量血液流速,13,卫星从位置,1,到,2,的过程中,向着跟踪站的速度分量减小,在从位置,2,到,3,的过程中,离开跟踪站的速度分量增加,.,因此,如果卫星不断发射恒定频率的无线电信号,则当卫星经过跟踪站上空时,地面接收到的信号频率是逐渐减小的,.,如果把接收到的信号与接收站另外产生的恒定信号合成拍,则拍频可以产生一个听得见的声音,.,卫星经过上空时,这种声音的音调降低,.,14,利用声波的多普勒效应可以测定流体的流速,、,振动体的振动和潜艇的速度，还可以用来报,警和监测车速。在医学上，利用超声波的多,勒效应对心脏跳动情况进行诊断，如做超声,心动,仪,、多普勒血流仪等。,15,四,.,举例,:,例,1.,教材,P240,例,7.6,运动的警笛,（,2,）对警笛后方的空气（中的观察者）来说，接收到的频率仅包含一种效应，即,波源背离（观察者）运动,。,分析,:(1),观察者接收到的频率包含两种效应,:,观察者向着波源运动、波源背离观察者运动；,16,解：,1),观察者接收到的频,率有：,直接从远离它的波,源来的声音和经反射面反,射后的频率，两者形成拍。,反射面,声源,观察者,例,2:,一声源振动的频率为,2040,赫兹，,以速度 向一反射面接近，观察者在,A,处测得拍,音的频率 赫兹，如声速为,340,米,/,秒，,求波源移动的速度？如果波源不动，反射面以速,度,V=0.20,米,/,秒向观察者接近，测得拍频,赫兹，求波源的频率？,反射面接收到的是向它接近的波源的频率；,反射面不动,所以反射面入射频率等于反射频率。,17,来自波源,由反射面,拍频,整理得：,反射面,声源,观察者,且波源的速度 取正，由此解得：,18,反射面,声源,观察者,2),若波源不动，反射面,运动，观察者接收到的,频率有：,直接从静止的,波源来的声音和经相向,运动的反射面反射后的,频率，两者形成拍。,反射面接收到的是,“,观察者,”,接近波源的频率；,因反射面运动，所以，,A,观察者接收到的反射,频率是反射面作为运动的波源而来的反射频率。,19,由此可解出波源的频率。,反射面,声源,观察者,波源不动,反射面运动,拍频,来自波源,来自反射面,V=V,R,20,作业,:P250,20;24.,21,